30、晶硅太阳能电池设计、激光掺杂与量子效率解析

晶硅太阳能电池设计、激光掺杂与量子效率解析

1. 太阳能电池性能影响因素与设计类型

太阳能电池的性能受多种因素影响，如掺杂发射极区域、反射损失、非辐射复合和不完全载流子收集等。少数载流子一旦到达发射极区域就会被收集，其收集情况取决于有效长度（Leff）以及载流子到达接触点所需的距离，而这个距离又与太阳能电池的厚度和 pn 结的排列方式有关，也就是取决于电池的设计。

目前工业上制造晶体硅太阳能电池主要采用两种设计：
- 垂直布局 ：pn 结沿垂直平面分布，发射极通常位于前表面。少数载流子在前表面收集，多数载流子在背面收集。
- 横向布局 ：发射极和基极区域都布置在一个表面，通常背向太阳。例如 SunPower 公司的叉指背接触太阳能电池，其最高效率超过 21%。

2. 垂直与横向太阳能电池设计特点

当今太阳能电池行业主要使用两种电池设计：
- 传统设计 ：发射极位于面向太阳的太阳能电池前表面。这种布局中，金属前接触网格会在一定程度上遮挡太阳能电池，因此需要精心设计，以平衡遮挡损失和电气损失。
- 背接触设计 ：将两个接触点都设置在太阳能电池背面，避免了网格遮挡问题，但带来了新的挑战，即需要在电池背面收集少数载流子。因此，这种布局要求体材料具有高载流子寿命、良好的前表面钝化和光捕获能力。

两种结构的前表面都使用非晶硅氮化硅（SiNx）作为钝化和抗反射涂层（ARC）层。为了更好地理解这两种结构设计的太阳能电池的工作原理，我们引入一个基于材料和结构参数计算